JPH09168985A - 水平多関節ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワーク保持部の位置制御を高精度に行い、ま
た駆動系の剛性を十分大きくする。 【解決手段】 基体２と、上下方向を長手方向とすると
共に基体２に対して摺動及び回転可能な摺動軸３と、該
摺動軸３に基端部が支持された第１アーム４と、該第１
アーム４の先端上側に基端下側が回転可能に支持された
第２アーム５と、該第２アーム５の先端上側に回転可能
に支持されたワーク保持部６とを備えると共に、第１ア
ーム４の先端下側に設けたサーボモータ等から成るアー
ムモータ７と、第１アーム４及び第２アーム５の連結位
置に設けると共にアームモータ７の回転を減速して第２
アーム５に伝達し、該第２アーム５を第１アーム４に対
して回転させる減速機構としてのいわゆるハーモニック
ドライブ８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークを搬送する
水平多関節ロボットに関する。更に詳述すると、本発明
は、水平多関節ロボットの各アームを屈曲させる機構に
関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ用のガラス基板や半導
体ウェハー等の薄板状のワークをフィーダから取り出し
て搬送し所定位置に載置するために、スカラー型ロボッ
トである水平多関節ロボットが用いられる。この水平多
関節ロボットでは、ワーク保持部が設けられた第２アー
ムと基体に内蔵されたモータとが、第１アームの内部を
通過する歯付きベルトにより連結されている。そして、
基体のモータの回転により、第２アームの旋回が行われ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た水平多関節ロボットでは、ワークの大型化に対応して
長いアームを採用した場合に第２アームを旋回するため
の歯付きベルトも長くなってしまい、ゴム製の歯付きベ
ルトにヒステリシスやバックラッシュが生じてしまうの
で、第２アーム及びワーク保持部の位置制御の精度が低
下してしまう。また、長い歯付きベルトを用いると第２
アームの駆動系の剛性が不十分となり、水平多関節ロボ
ットの作動の確実性が損なわれてしまう。

【０００４】そこで、本発明は、ワーク保持部の位置制
御を高精度に行い、また駆動系の剛性を十分大きくする
水平多関節ロボットを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１の水平多関節ロボットは、基体に対して上
下方向に摺動及び回転可能な摺動軸に支持された第１ア
ームと、該第１アームに回転可能に支持された第２アー
ムと、該第２アームに回転可能に支持されたワーク保持
部とを備えた水平多関節ロボットにおいて、第１アーム
の先端下側に設けたアームモータと、第１アーム及び第
２アームの連結位置に設けると共にアームモータの回転
を減速して第２アームに伝達し、該第２アームを第１ア
ームに対して回転させる減速機構とを備えている。

【０００６】したがって、第２アームを第１アームに対
して回転させる時は、アームモータを駆動する。そし
て、アームモータの回転が減速機構により減速されて第
２アームに伝達される。これにより、第２アームが第１
アームに対して回転し、アームモータの回転角により第
２アームの位置を制御する。

【０００７】また、アームモータを第１アームの下側に
設けたので、該第１アームの重心がアーム自体より下方
になり該第１アームの振動が減少すると共に、各アーム
の上方を通過するワークがアームモータに当接すること
はない。さらに、アームモータを第１アームに設けたの
で、該アームモータを第２アームに設けた場合に比べ
て、該アームモータの発熱がワーク保持部やワークに伝
達し難いと共に該アームモータの配線の引き回しが簡易
化される。

【０００８】また、請求項２の水平多関節ロボットは、
アームモータと減速機構とを、第１アームの先端下側に
隣り合って配置し、かつ第１アームの先端下側で互いに
連結している。したがって、アームモータ及び減速機構
を隣り合わせて配置したので、これらを連結する機構は
短小なものとなる。

【０００９】さらに、請求項３の水平多関節ロボット
は、第１アームの先端部に固定すると共に第２アームの
基端部内に配置した基端プーリと、ワーク保持部に固定
すると共に第２アームの先端部内に配置した先端プーリ
と、これら基端プーリ及び先端プーリを連結するベルト
とを備えると共に、基端プーリの直径と先端プーリの直
径との比は１：２とし、第１アームの両端部の回転中心
間の距離と第２アームの両端部の回転中心間の距離とは
等しくし、かつ第１アームの基体に対する角度の変化量
と該第１アーム及び第２アーム間の角度の変化量との比
は１：２とすることにより、ワーク保持部は摺動軸の中
心から放射状の直線上を同一の向きで移動するものとし
ている。

【００１０】したがって、各アームを屈曲する際に、第
１アームの基体に対する角度の変化量と該第１アーム及
び第２アーム間の角度の変化量との比を１：２とするこ
とにより、ワーク保持部が摺動軸の中心から放射状の直
線上を同一の向きで水平に移動する。そして、ワーク保
持部が保持したワークも直線上を移動する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。なお、本
実施形態では、水平多関節ロボットをクリーンルームに
配設して周囲の空気を下方に流れるダウンフローにした
状態で使用する場合について説明しているが、これに限
らないのは勿論である。

【００１２】図１から図４までに示すように、水平多関
節ロボット１は、基体２と、上下方向（図２中矢印方
向）を長手方向とすると共に基体２に対して摺動及び回
転可能な摺動軸３と、該摺動軸３に基端部が支持された
第１アーム４と、該第１アーム４の先端上側に基端下側
が回転可能に支持された第２アーム５と、該第２アーム
５の先端上側に回転可能に支持されたワーク保持部６と
を備えると共に、第１アーム４の先端下側に設けたサー
ボモータ等から成るアームモータ７と、第１アーム４及
び第２アーム５の連結位置に設けると共にアームモータ
７の回転を減速して第２アーム５に伝達し、該第２アー
ム５を第１アーム４に対して回転させる減速機構として
のいわゆるハーモニックドライブ８とを備えている。

【００１３】基体２は、摺動軸３を摺動・回転させるモ
ータ９，９を内蔵している。各モータ９，９は、サーボ
モータ等のように回転角を制御可能なモータにより構成
されている。また、第１アーム４の両端部の回転中心間
の距離と第２アーム５の両端部の回転中心間の距離と
は、等しくされている。なお、本実施形態では、２つの
アーム４，５を備えたものとしているが、これに限らず
３つ以上のアームを備えたものとしても構わない。

【００１４】ワーク保持部６は、上方に開口した多数の
吸着孔１０ａが一列に連続して配置された吸着棒１０，
１０を平行に２本備えている。各吸着棒１０，１０の上
側に薄板状の液晶ディスプレイ用のガラス板から成るワ
ーク１１を載置して、吸着孔１０ａから吸引して保持す
る。このため、ワーク保持部６はワーク１１の上面に触
れることがないので、該上面の処理は吸着孔１０ａの接
触の影響を受けることなく行われる。また、ワーク１１
はワーク保持部６の上側に載置されるので、吸着棒１
０，１０による吸着力がワーク１１を持ち上げるには不
十分な大きさであっても、ワーク１１は落下せずワーク
保持部６に載置された状態を維持することができる。さ
らに、ワーク１１はワーク保持部６の上側に載置される
ので、各アーム４，５が屈曲した時にワーク１１が各ア
ーム４，５に当接することが防止され、これによりワー
ク１１の移動範囲を十分に大きくすることができる。

【００１５】また、各吸着孔１０ａから空気を吸引する
吸気管１２が、基体２から第１アーム４と第２アーム５
との内部を通過してワーク保持部６に達するよう配管さ
れている。このため、吸気管１２は各アーム４，５の外
部に配設されないので、水平多関節ロボット１を配設し
たクリーンルームのクリーン性を向上させることができ
る。

【００１６】第１アーム４の先端下側に設けたハーモニ
ックドライブ８は、入力軸１３から出力軸１４までの内
部が中空とされ、吸気管１２が連通している。ハーモニ
ックドライブ８に隣接して、サーボモータ等のように回
転角を制御可能なモータから成るアームモータ７が配設
されている。ハーモニックドライブ８の入力軸１３に設
けられた歯付きプーリ１５は、アームモータ７の回転軸
に設けた歯付きプーリ１６と短い歯付きベルト１７によ
り連結されている。このため、第１アーム４と第２アー
ム５との角度の変更のために誤差が生ずる長いベルトを
用いることなく、短い歯付きベルト１７を用いているの
で、該角度を高精度に制御することができると共に、第
２アーム５の駆動系の剛性を向上させることができる。
なお、本実施形態では各歯付きプーリ１５，１６を歯付
きベルト１７により連結してるが、これに限らず歯付き
プーリ１５，１６を歯車で連結したり、アームモータ７
とハーモニックドライブ８とを直結しても構わない。

【００１７】そして、ハーモニックドライブ８の出力軸
１４は、第２アーム５の基端部に結合されている。この
ため、アームモータ７の回転はハーモニックドライブ８
により減速されて第２アーム５に伝達され、該第２アー
ム５は第１アーム４に対して回転する。なお、アームモ
ータ７とハーモニックドライブ８との周囲には、モータ
カバー１８が設けられている。このため、クリーンルー
ムのクリーン性を向上させることができる。

【００１８】本実施形態によれば、アームモータ７及び
ハーモニックドライブ８を第１アーム４の下側に設けた
ので、該第１アーム４の重心がアーム自体より下方にな
り該第１アームの振動を減少することができる。特に、
摺動軸３の上昇時の各アーム４，５の振動を効果的に減
少することができる。このため、各アーム４，５の位置
制御を高精度に行うことができ、ワーク１１を所定位置
に高精度に装着等することができる。また、アームモー
タ７を第１アーム４に設けたので、該アームモータ７を
第２アーム５に設けた場合に比べて、該アームモータ７
の発熱をワーク保持部６やワーク１１に伝達し難くする
ことができる。このため、これらワーク保持部６やワー
ク１１の温度変化による位置誤差の発生を防止し、高精
度に位置制御を行うことができる。さらに、アームモー
タ７を第１アーム４に設けたことにより、該アームモー
タ７を第２アーム５に設けた場合のように各アーム４，
５の連結部分にアームモータ７の配線を設ける必要がな
いので、アームモータ７の配線の引き回しを短くし単純
化することができる。このため、配線の信頼性を向上さ
せることができる。

【００１９】また、第１アーム４の先端上側に固定され
ると共に第２アーム５の基端部内に配置された基端プー
リ１９と、ワーク保持部６に固定されると共に第２アー
ム５の先端部内に配置された先端プーリ２０とが、スチ
ールベルト２１，２１で連結されている。スチールベル
ト２１，２１は、各プーリ１９，２０の上側の一側部同
士と下側の他側部同士とを別個のベルト２１，２１で連
結している。このため、基端プーリ１９の回転方向に対
応していずれかのスチールベルト２１，２１が引っ張ら
れることにより、先端プーリ２０が回転する。ここで、
基端プーリ１９の直径と先端プーリ２０の直径との比
は、１：２とされている。

【００２０】したがって、本実施形態では、第１アーム
４と第２アーム５との長さが等しく、また基端プーリ１
９の直径と先端プーリ２０の直径との比が１：２とされ
ているので、アーム４，５の屈曲の際に第１アーム４の
基体２に対する角度の変化量と各アーム間の角度の変化
量との比を１：２とすれば、ワーク保持部６が方向を変
えることなく摺動軸３に対して遠近するよう水平移動さ
れる。

【００２１】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、本実施形態では、薄板状の液晶ディスプ
レイ用のガラス板をワーク１１とする水平多関節ロボッ
ト１について説明しているが、半導体ウェハー等の他の
部材をワーク１１とする水平多関節ロボット１としても
構わない。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１の水平多関節ロボットでは、アームモータを第１アー
ムの下側に設けたので、該第１アームの重心がアーム自
体より下方になり該第１アームの振動を減少することが
できる。特に、各アームの上昇時の振動を効果的に減少
することができる。これにより、各アームの位置制御を
高精度に行うことができ、ワークを所定位置に高精度に
装着等することができる。また、アームモータを第１ア
ームの下側に設けたことにより、各アームの上方を通過
するワークのアームモータへの干渉を防止することがで
きる。このため、各アームの屈曲や旋回によるワークの
移動範囲を十分に大きく採ることができる。さらに、ア
ームモータをアームの下側に設けたので、水平多関節ロ
ボットをクリーンルームに配設して周囲の空気を下方に
流れるダウンフローにした状態で使用する場合に、この
ダウンフローを乱すことがない。このため、クリーンル
ームの環境を向上させることができる。

【００２３】また、アームモータを第１アームに設けた
ので、該アームモータを第２アームに設けた場合に比べ
て、該アームモータの発熱をワーク保持部やワークに伝
達し難くすることができる。このため、これらワーク保
持部やワークの温度変化による位置誤差の発生を防止
し、高精度に位置制御を行うことができる。さらに、ア
ームモータを第１アームに設けたことにより、該アーム
モータを第２アームに設けた場合のように各アームの連
結部分にアームモータ用の配線を設ける必要がないの
で、アームモータの配線の引き回しを短くし単純化する
ことができる。このため、配線の信頼性を向上させるこ
とができる。

【００２４】また、請求項２の水平多関節ロボットは、
アームモータと減速機構とを第１アームの先端下側に隣
り合って配置し、かつ第１アームの先端下側で互いに連
結しているので、これらアームモータと減速機構とを連
結する機構の短小化を図ることができる。このため、ア
ームモータと減速機構との間の誤差が小さくなるので、
第２アームの位置制御を高精度に行うことができる。ま
た、長いベルトを用いることがないので、第２アームの
駆動系の剛性を向上させることができる。

【００２５】さらに、請求項３の水平多関節ロボット
は、基端プーリの直径と先端プーリの直径との比を１：
２とし、第１アームの両端部の回転中心間の距離と第２
アームの両端部の回転中心間の距離とを等しくし、かつ
第１アームの基体に対する角度の変化量と該第１アーム
及び第２アーム間の角度の変化量との比は１：２として
いるので、各アームを屈曲する際に、第１アームの基体
に対する角度の変化量と該第１アーム及び第２アーム間
の角度の変化量との比を１：２とすることにより、ワー
ク保持部を摺動軸の中心から放射状の直線上を同一の向
きで水平に移動させることができる。このため、ワーク
保持部の直線動作時の直線性を向上させて位置制御を容
易にすることができ、ワークの装着位置の精度を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水平多関節ロボットの各アームを切断
した状態を示す側面図である。

【図２】水平多関節ロボットを示す側面図である。

【図３】水平多関節ロボットを示す平面図である。

【図４】第２アームを図１のIV−IV線で切断した状態を
示す平面図である。

【符号の説明】

１ 水平多関節ロボット ２ 基体 ３ 摺動軸 ４ 第１アーム ５ 第２アーム ６ ワーク保持部 ７ アームモータ ８ ハーモニックドライブ（調速機構） １１ ワーク １９ 基端プーリ ２０ 先端プーリ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体に対して上下方向に摺動及び回転可
   能な摺動軸に支持された第１アームと、該第１アームに
   回転可能に支持された第２アームと、該第２アームに回
   転可能に支持されたワーク保持部とを備えた水平多関節
   ロボットにおいて、前記第１アームの先端下側に設けた
   アームモータと、前記第１アーム及び第２アームの連結
   位置に設けると共に前記アームモータの回転を減速して
   第２アームに伝達し、該第２アームを前記第１アームに
   対して回転させる減速機構とを備えたことを特徴とする
   水平多関節ロボット。
2. 【請求項２】 前記アームモータと前記減速機構とは、
   前記第１アームの先端下側に隣り合って配置し、かつ前
   記第１アームの先端下側で互いに連結したものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の水平多関節ロボット。
3. 【請求項３】 前記第１アームの先端部に固定すると共
   に前記第２アームの基端部内に配置した基端プーリと、
   前記ワーク保持部に固定すると共に前記第２アームの先
   端部内に配置した先端プーリと、これら基端プーリ及び
   先端プーリを連結するベルトとを備えると共に、前記基
   端プーリの直径と前記先端プーリの直径との比は１：２
   とし、前記第１アームの両端部の回転中心間の距離と前
   記第２アームの両端部の回転中心間の距離とは等しく
   し、かつ前記第１アームの前記基体に対する角度の変化
   量と該第１アーム及び前記第２アーム間の角度の変化量
   との比は１：２とすることにより、前記ワーク保持部は
   前記摺動軸の中心から放射状の直線上を同一の向きで移
   動することを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   水平多関節ロボット。